[发明专利]基于车道组及交叉口车流路径的城市网络交通流仿真模型

权利要求书

1.一种基于车道组及交叉口车流路径的城市网络交通流仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)交叉口进口道车道组划分；

2)交叉口内车流路径划分；

提出基于车道组及交叉口车流路径的城市网络交通流仿真模型；

所述步骤1)包括以下内容：

1.1)交叉口进口道车道组划分；

1.2)基于车道组的网络交通流宏观仿真模型，其主要思想是将交通流划分为6个过程，即：交通需求产生、交通流上游到达、交通流排入路段车辆排队队尾、交通流转入车道组、交通流驶离停车线、交通流量守恒；

所述步骤2)包括以下内容：

2.1)定义交叉口内车流路径：车道组内某个方向的车流的离开车道组驶入交叉口出口道的过程中，车流在交叉口内的行驶路径称为一条交叉口内车流路径；

2.2)交叉口内车流路径划分；

2.2)当冲突路径内车辆排队长度超过冲突点位置，就会阻挡放行路径车辆放行，这种冲突点称为有效冲突点；当冲突路径内车辆排队长度不超过冲突点位置，则对放行路径车辆放行没有阻挡作用，这种冲突点称为无效冲突点；此外，当放行路径自身存在排队车辆，也会阻挡放行路径新到达车辆放行；除信号灯分配的通行权外，放行路径上交通流放行还受冲突路径冲突点位置、冲突路径上排队车辆数以及路径自身排队车辆数的影响；

所述步骤3)包括以下步骤：

3.1)交通需求产生

交通需求由交通源产生，交通源路段，即区域交通流输入路段外部的车辆排队空间是无限的，交通源在第k时段产生进入路网的车辆数为：

I_s[k]＝min{d_s[k]Δt+w_s[k],H_s[k]-h_s[k],S_s[k]Δt}

其中，d_s[k]是交通源s在第k时段的交通流产生率，w_s[k]是第k时段内源路段R_s外排队车辆数，Δt是时段间隔时长，S_s[k]是路段R_s的饱和交通流量；

需求源产生的排队动态变化如下：

w_s[k+1]＝w_s[k]+d_s[k]Δt-I_s[k]

3.2)上游输入

区域内部路段第k时段上游输入车辆数模型描述如下：

其中，是在第k时段交叉口内路径输出车辆数，是输入到路段R_ij的上游交叉口i内车流路径集合；

3.3)排入队尾

路段下游车辆排队以外的路段区间车辆密度计算公式如下：

其中，ρ_jam是单车道堵塞车辆密度，h_ij[k]-q_ij[k]是路段上运行的车辆数，n_ij是路段R_ij的车道数，由此计算v_ij[k]如下：

其中，v_ij[k]是在第k时段路段R_ij上车辆排队路段之外部分路段的车辆平均速度，是路段R_ij上车辆自由流速度，ρ_min是最小车辆密度，α和β是模型参数，由此计算在k时段内排入队尾的车辆数为：

3.4)转入车道组

①车道组外车辆要转入车道组，首先保证车道组内有空余空间容纳车辆进入，车道组在第k时段可用空间为：

其中，是车道组最大包含车辆数；

②需要考虑在k时段车道组外可能转入的车辆数包括车道组外原排队车辆和新排入队尾的车辆G_ij是路段R_ij在交叉口j进口道车道组集合，计算公式如下：

③考虑到车道组在Δt时段内最大可能输入车辆数是车道组最大输入流量；以及车道组是否被其他车道组排队车辆阻挡，致使车道组外排队车辆无法正常转入车道组，记为车道组的被阻挡系数，表示车道组车辆转入被阻挡，表示车辆转入不被阻挡，根据对车道组分类和车流转入情况的分析，当且仅当即路段关联的交叉口进口道有展宽车道；且为单车道左转车道组时，车道组有可能被阻挡，此时，计算公式如下：

④综上，车道组在k时段内转入车辆数为：

3.5)驶入交叉口内车流路径

车道组内车辆在k时段内驶离停车线驶入交叉口内车流路径的车辆数与上的车辆空余容载空间下游出口关联路段R_jd车辆容载空间 y_jd[k] ＝ H_jd-h_jd [k] 、 可能离开车辆数k时段内车道组信号灯通行权限其中t_g[k]是k时段内绿灯时长；和车道组最大输出车辆数有关，是车道组最大输出流率；

①对任意类型的车道组，车道组可能离开停车线进入的车辆可以统一用以下公式计算：

②车流能否顺利离开车道组还与交叉口放行路径与冲突路径之间的冲突状况有关，是的冲突路径集合，记为和之间的冲突系数，计算公式为：

其中，表示内车辆排队长度；

综合上述分析，在k时步内车道组内车辆驶离进入的车辆数分两种情况：

①当即与冲突路径之间的冲突点都是无效冲突点时，计算公式如下：

②当即与冲突路径之间存在有效冲突点时，计算公式如下：

且

其中，表示与入口最近的有效冲突点至入口区域内最大可容载车辆数，是与入口最近的有效冲突点至入口区域内上包含的车辆数；是关于仿真时步k对应车道组信号灯放行权的另一种表达值，表达公式如下：

记是车道组在交叉口j内关联交通流路径集合，则车道组在k时段内离开停车线的车辆总数为:

3.6)驶离交叉口内车流路径

驶入下游路段即车辆离开交叉口内车流路径的过程，如果在k时段内车流路径输出到下游路段的车辆数与输入车辆数出口关联路段R_jd车辆容载空间 y_jd[k] ＝ H_jd-h_jd [k] 、 上排队车辆数有关，相关计算公式如下：

3.7)交通流数据更新

区域内交通流参数更新如下：

①路段车辆数更新，

②路段排队车辆数更新，

③路段车道组内排队车辆数更新，

④路段车道组外排队车辆数更新，

⑤交叉口内车流路径内车辆数更新，